第04章糖代谢2教学内容.ppt

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1、第04章糖代谢2反反 应应辅辅 酶酶最最终获终获得得ATPATP第一阶段（胞浆）第一阶段（胞浆）葡糖糖葡糖糖6-磷酸葡糖糖磷酸葡糖糖-16-磷酸果糖磷酸果糖1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2NADH3或或5*21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸22磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸丙酮酸2第二阶段（线粒体基质）第二阶段（线粒体基质）2丙酮酸丙酮酸2乙酰乙酰CoA2NADH5第三阶段（线粒体基质）第三阶段（线粒体基质）2异柠檬酸异柠檬酸2-酮戊二酸酮戊二酸2-酮戊二酸酮戊二酸2琥珀酰琥珀酰CoA2琥珀酰琥

2、珀酰CoA2琥珀酸琥珀酸2琥珀酸琥珀酸2延胡索酸延胡索酸2苹果酸苹果酸2草酰乙酸草酰乙酸2NADH2NADH2FADH2 2NADH5（22.5）5（22.5）2（21）3（21.5）5（22.5）由一个葡糖糖由一个葡糖糖总总共共获获得得30或或32 在在细胞浆细胞浆中产生的中产生的NADH+HNADH+H+可经过可经过两个两个穿梭系统穿梭系统进入进入线粒体线粒体，再经呼吸再经呼吸链、氧化磷酸化产生链、氧化磷酸化产生ATPATP：（1 1）-磷酸甘油穿梭系统：磷酸甘油穿梭系统：1.51.5个个ATPATP（2 2）苹果酸穿梭系统：）苹果酸穿梭系统：2.5 2.5个个ATPATPP174糖的有氧

3、氧化是机体糖的有氧氧化是机体产能最主要的产能最主要的途径途径。它不仅。它不仅产能效率高产能效率高，而且由，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成一部分形成ATP，所以，所以能量的利用能量的利用率也高率也高。糖的有氧氧化总结糖的有氧氧化总结1 1、糖的有氧氧化是在、糖的有氧氧化是在胞浆胞浆与与线粒体线粒体中进行中进行2 2、反应分为三个阶段、反应分为三个阶段3 3、有氧氧化的关键酶、有氧氧化的关键酶:(1)(1)己糖激酶、己糖激酶、6-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1、丙酮酸激酶、丙酮酸激酶 (2)(2)丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系(3)(3)柠檬酸合成

4、酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 4 4、每进行一次三羧酸循环、每进行一次三羧酸循环:消耗消耗1mol1mol乙酰基，产生乙酰基，产生COCO2 2，H H2 2O O和和1010个个ATPATP 5 5、糖的有氧氧化能量的计算、糖的有氧氧化能量的计算:1mol1mol葡萄糖彻底氧化产生葡萄糖彻底氧化产生3030或或3232个个ATPATP。四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：己

5、糖激酶己糖激酶6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶丙酮酸激酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶有氧氧化的调节特点有氧氧化的调节特点 有氧氧化的调节通过对其有氧氧化的调节通过对其关键酶关键酶的调节实现。的调节实现。ATP/ADP或或ATP/AMP比值全程调节。该比值比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。升高，所有关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。低，则后者速率也减慢。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循

6、环需要多少乙酰需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰丙酮酸以生成乙酰CoA。2ADPATP+AMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶体体内内ATP浓浓度度是是AMP的的50倍倍，经经上上述述反反应应后后，ATP/AMP变变动动比比ATP变变动动大大，有有信信号号放放大大作用，从而发挥有效的调节作用。作用，从而发挥有效的调节作用。有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内ATP/ADP或或ATP/AMP比率的影响，因而能得以比率的影响，因而能得以协调。协调。五、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制五、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象

7、糖酵解的现象 n概念概念n机制机制有氧时，有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸;缺氧时，酵解途径加强，缺氧时，酵解途径加强，NADH+H+在胞浆浓在胞浆浓度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。度升高，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。巴斯德效应巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑指有氧氧化抑制糖酵解的现象。制糖酵解的现象。糖有氧氧化的反应过程糖有氧氧化的反应过程第一阶段：酵解途径第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循

8、环 G（Gn）第四阶段：氧化磷酸化第四阶段：氧化磷酸化丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoACO2NADH+H+FADH2H2O O ATP ADPTAC循环循环 胞液胞液线粒体线粒体 1 1分子分子3-3-磷酸甘油醛彻底氧化磷酸甘油醛彻底氧化,可以产生多少分子可以产生多少分子ATP?ATP?3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 1.5或或2.5ATP ATP ATP 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 2.5ATP 乙酰乙酰CoA 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸 10 ATP1.5/2.5

9、+1+1+2.5+10=16/17 葡萄糖葡萄糖 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 核糖核糖 +NADPH+H+磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 ATP脂肪、氨基酸等其他化合物脂肪、氨基酸等其他化合物转变转变第第 四四 节节 葡萄糖的其他代谢途径葡萄糖的其他代谢途径Other Metabolism Pathways of Glucosen本节目的要求：本节目的要求：1、掌握磷酸戊糖途径的特点及生理意义；、掌握磷酸戊糖

10、途径的特点及生理意义；2、熟悉磷酸戊糖途径的限速酶；、熟悉磷酸戊糖途径的限速酶；3、了解磷酸戊糖途径的反应过程及调节。、了解磷酸戊糖途径的反应过程及调节。概概 念念 过过 程程 小小 结结 调调 节节 生理意义生理意义 一、磷酸戊糖途径一、磷酸戊糖途径1.1.概念：概念：以以6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖开始，在开始，在6-6-磷酸葡磷酸葡萄糖脱氢酶萄糖脱氢酶催化下形成催化下形成6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成以进而代谢生成以磷酸戊糖磷酸戊糖为中间代谢物的为中间代谢物的过程，称为过程，称为磷酸戊糖途径（磷酸戊糖途径（pentose pentose phosphate pathway

11、phosphate pathway），简称），简称PPPPPP途径。又称途径。又称磷酸已糖旁路磷酸已糖旁路（一）磷酸戊糖途径的概念CO2+H2O+ATPTACGG-6-PF-6-PF-1,6-BP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径NADPH5-磷酸核糖磷酸核糖n该旁路途径的起始物是该旁路途径的起始物是G-6-P，返回的代谢产，返回的代谢产物是物是3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3-phosphate)和和6-磷酸果糖磷酸果糖(fructose-6-phosphate)，其重要的中间代谢产物是，其重要的中间代谢产物是5-磷酸磷酸核糖

12、核糖和和NADPH。n整个代谢途径在整个代谢途径在胞液胞液(cytoplasm)中进行。关中进行。关键酶是键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)。第一阶段：第一阶段：氧化反应氧化反应 生成生成NADPHNADPH和和COCO2 2第二阶段：第二阶段：非氧化反应非氧化反应 一系列基团转移反应一系列基团转移反应 (生成生成3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖磷酸果糖)（二）磷酸戊糖途径的过程(1)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变为转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯NADP+NADPH+H+6-6-磷酸葡萄糖

13、磷酸葡萄糖glucose 6-phosphateglucose 6-phosphate6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸-内酯内酯6-phosphoglucono-lactone6-phosphoglucono-lactone6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶限速酶，对NADP+有高度特异性(2)6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 转变为转变为6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸-内酯内酯6-phosphoglucono-lactone6-phosphoglucono-lactone6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate6-phosp

14、hogluconateH H2 2O O内酯酶COCO2 2NADP+NADPH+H+(3)6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 转变为转变为5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate6-phosphogluconate5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖ribulose 5-phosphateribulose 5-phosphate6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖ribulose 5-phosphateribulose 5-phosphate(4)三种五碳糖的互换三种五碳糖的互换5-5-磷酸核糖磷酸核糖ribose 5-phosphater

15、ibose 5-phosphate异构酶异构酶5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖xylulose 5-phosphatexylulose 5-phosphate差向酶差向酶第一阶段：第一阶段：总结总结第一阶段：第一阶段：脱氢，水解，脱氢脱羧（氧化脱羧），产生了脱氢，水解，脱氢脱羧（氧化脱羧），产生了NADPHNADPH（2 2分子分子NADPH/1NADPH/1分子分子G-6-PG-6-P）。）。6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸-内酯内酯6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖催催化化第第一一步步脱脱氢氢反反应应的的6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖脱脱氢氢酶酶是此代谢途径的关

16、键酶。是此代谢途径的关键酶。两两次次脱脱氢氢脱脱下下的的氢氢均均由由NADP+接接受受生生成成NADPH+H+。反反应应生生成成的的磷磷酸酸核核糖糖是是一一个个非非常常重重要要的的中间产物。中间产物。G-6-P5-磷酸核糖磷酸核糖NADP+NADPH+H+NADP+NADPH+H+CO2 许多细胞中合成代谢消耗的许多细胞中合成代谢消耗的NADPHNADPH远比核远比核糖需要量大，因此，葡萄糖经此途径生成了糖需要量大，因此，葡萄糖经此途径生成了多余的核糖。多余的核糖。第二阶段反应的意义就在于能通过一系第二阶段反应的意义就在于能通过一系列列基团转移基团转移反应，将反应，将核糖核糖转变成转变成6-6

17、-磷酸果糖磷酸果糖和和3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛而与糖酵解过程联系起来，而与糖酵解过程联系起来，因此磷酸戊糖途径亦称为因此磷酸戊糖途径亦称为磷酸已糖旁路磷酸已糖旁路。第第二二阶阶段段反反应应的的意意义义就就在在于于通通过过一一系系列列基基团团转转移移反反应应，将将核核糖糖转转变变成成6-磷磷酸酸果果糖糖和和3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛而而进进入入酵酵解解途途径径。因因此此磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径也也称称磷磷酸酸戊戊糖糖旁旁路路（pentose phosphate shunt）。第二阶段：第二阶段：经过基团转移反应进入糖酵解途径经过基团转移反应进入糖酵解途径n每每3分子分子6-磷酸葡萄糖同时参与反

18、应，在一系列磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最等演变阶段，最终生成终生成3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。磷酸果糖。转酮酶与转醛酶h转酮酶转酮酶(transketolase)(transketolase)就就是催化含有一个酮基、一个醇是催化含有一个酮基、一个醇基的基的2 2碳基团转移的酶。其碳基团转移的酶。其接接受体是醛，辅酶是受体是醛，辅酶是TPPTPP。h转醛酶转醛酶(transaldolase)(transaldolase)是是催化含有一个酮基、二个醇催化含有一个酮基、二个醇基的基的3 3碳基团转移的酶。其碳基团转移的酶。

19、其接接受体亦是醛受体亦是醛，但不需要但不需要TPPTPP。(5)二分子五碳糖的基团转移反应二分子五碳糖的基团转移反应5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖5-5-磷酸核糖磷酸核糖7-7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛转酮酶转酮酶(6)七碳糖与三碳糖的基团转移反应七碳糖与三碳糖的基团转移反应7-7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖sedoheptulose 7-phosphate3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate转醛酶转醛酶4-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate6-6-磷酸果糖磷酸果糖fructose 6-

20、phosphate(7)四碳糖与五碳糖的基团转移反应四碳糖与五碳糖的基团转移反应4-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖ribulose 5-phosphateribulose 5-phosphate6-6-磷酸果糖磷酸果糖Fructose 6-phosphate3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate转酮酶转酮酶5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)35-磷酸核糖磷酸核糖C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖磷

21、酸赤藓糖C46-磷酸果糖磷酸果糖C66-磷酸果糖磷酸果糖C63-磷酸磷酸甘油醛甘油醛C3磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径第一阶段第一阶段第第二二阶阶段段5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛C34-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖C46-磷酸果糖磷酸果糖C66-磷酸果糖磷酸果糖C63-磷酸甘油醛磷酸甘油醛C36-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(C6)36-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯(C6)36-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸(C6)35-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)35-磷酸核糖磷酸核糖C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢

22、酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶CO2CO2+H2O+ATPTACGG-6-PF-6-PF-1,6-BP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径NADPH5-磷酸核糖磷酸核糖n总反应式总反应式:36-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+6 NADP+26-磷酸果糖磷酸果糖+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2（三）磷酸戊糖途径小结x 反应部位：胞浆x 反应底物：6-磷酸葡萄糖x 重要反应产物：NADPH、5-磷酸核糖 一分子一分子G-6-P经过反应，只能发生经过反应，只能发生一次脱羧一次脱羧和和二次脱氢二次脱氢反应，反

23、应，生成一分子生成一分子CO2和和2分子分子NADPH+H+。x 限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD)（四）磷酸戊糖途径主要受（四）磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADPNADPH/NADP+比值比值的调节的调节6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖脱脱氢氢酶酶此此酶酶为为磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径的的关关键键酶酶，其其活活性性的的高高低低决决定定6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖进进入磷酸戊糖途径的流量。入磷酸戊糖途径的流量。此此酶酶活活性性主主要要受受NADPH/NADP+比比值值的的影影响响，比比值值升升高高则则被被抑抑制制，降降低低则则被被激激活活。另另外外NADPH对该酶有强烈抑制作用。对该酶有强烈抑

24、制作用。因因此此，磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径的的流流量量取取决决于于NADPH的需求。的需求。（五）磷酸戊糖途径的生理意义在于生成（五）磷酸戊糖途径的生理意义在于生成NADPHNADPH和和5-5-磷酸核糖磷酸核糖1为核酸的生物合成提供核糖为核酸的生物合成提供核糖 葡萄糖可以经过葡萄糖可以经过6-6-磷酸葡萄糖脱氢、脱羧磷酸葡萄糖脱氢、脱羧氧化产生磷酸核糖，也可以经过糖酵解途氧化产生磷酸核糖，也可以经过糖酵解途径的中间产物径的中间产物3-3-磷酸甘油酸和磷酸甘油酸和6-6-磷酸果糖基磷酸果糖基团转移反应生产。团转移反应生产。（1 1）NADPHNADPH是体内许多合成代谢的供氢体是体内许多合成代

25、谢的供氢体：如：如：如：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。（2 2）NADPHNADPH参与体内羟化反应参与体内羟化反应：作为加单氧酶：作为加单氧酶：作为加单氧酶：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化（生物转化）。的辅酶，参与对代谢物的羟化（生物转化）。的辅酶，参与对代谢物的羟化（生物转化）。的辅酶，参与对代谢物的羟化（生物转化）。（3 3）NADPHNADPH还用于维持谷胱甘肽还用于维持谷胱甘肽(glutathione(glutathione，GSH)GSH)的还原状态。的还原状

26、态。2提供提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应作为供氢体参与多种代谢反应氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽 还还原原型型谷谷胱胱甘甘肽肽是是体体内内重重要要的的抗抗氧氧化化剂剂，可可以以保保护护一一些些含含-SH基基的的蛋蛋白白质质或或酶酶免免受受氧氧化化剂尤其是过氧化物的损害。剂尤其是过氧化物的损害。在在红红细细胞胞中中还还原原型型谷谷胱胱甘甘肽肽更更具具有有重重要要作作用用。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。它可以保护红细胞膜蛋白的完整性。2G-SH G-S-S-G NADP+NADPH+H+A AH2 蚕豆病：蚕豆病：遗传性遗传性葡糖葡糖66磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶缺

27、乏的病缺乏的病人不能经磷酸戊糖途径得到充足的人不能经磷酸戊糖途径得到充足的NADPH+HNADPH+H+，G-S-S-G G-S-S-G 转变成转变成G-SHG-SH减少，减少，G-SH G-SH含量减少。当病含量减少。当病人接触氧化剂，如服用人接触氧化剂，如服用抗疟药抗疟药伯氨喹啉、伯氨喹啉、解热镇解热镇痛抗炎药痛抗炎药阿司匹林、阿司匹林、抗菌药抗菌药磺胺等，或者吃了蚕磺胺等，或者吃了蚕豆后豆后 ，增加，增加G-SHG-SH的消耗，红细胞膜受氧自由基攻的消耗，红细胞膜受氧自由基攻击生成的脂质过氧化物不能及时除去，使膜结构击生成的脂质过氧化物不能及时除去，使膜结构完整性受损，红细胞易破裂发生溶

28、血。完整性受损，红细胞易破裂发生溶血。磷酸戊糖途径与溶血性贫血 一些具有氧化作用的外源性物质一些具有氧化作用的外源性物质 如蚕豆、抗疟药、磺胺药等如蚕豆、抗疟药、磺胺药等磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径G6PD G6PD缺乏缺乏溶血溶血NADPNADP+GS-SGGS-SGNADPH+HNADPH+H+2G-SH2G-SH 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 核糖核糖 +NADPH+H+磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 淀粉淀粉 消化与吸收消化

29、与吸收 ATP第五节第五节 糖原的合成与分解糖原的合成与分解Section 5 Glycogenesis and Glycogenolysisn本节目的要求：本节目的要求：1 1、掌握糖原合成与分解的定义、组织和细、掌握糖原合成与分解的定义、组织和细胞定位、关键酶和生理意义；胞定位、关键酶和生理意义；2 2、熟悉糖原合成和分解的过程及调节；、熟悉糖原合成和分解的过程及调节；3 3、了解糖原累积症。、了解糖原累积症。糖糖 原原(glycogen)是动物体内糖的储存形是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。式之一，是机体能迅速动用的能量储备。肌肉：肌糖原，肌肉：肌糖原，180 30

30、0g，主要供肌肉收缩所需主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，肝脏：肝糖原，70 100g，维持血糖水平维持血糖水平 n糖原储存的主要器官及其生理意义糖原储存的主要器官及其生理意义 n糖原的定义：糖原的定义：非还原端：非还原端：多个多个还原端还原端 非还原端非还原端 形形 状：状：树枝状树枝状分子量：分子量：1001000万万还原端：还原端：一个一个糖原的结构特点糖原的结构特点一、糖原的合成代谢主要在肝和一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行肌组织中进行n合成部位：合成部位：糖原的合成糖原的合成(glycogenesis)指由葡萄糖指由葡萄糖合成糖原的过程。合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、

31、肌肉组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆细胞定位：胞浆（1 1）葡萄糖磷酸化生成）葡萄糖磷酸化生成6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATPADP 葡萄糖激酶葡萄糖激酶(or(or已糖激酶已糖激酶)Mg2+葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖（一）糖原的合成过程（一）糖原的合成过程(2)6-(2)6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄磷酸葡萄 糖变位酶糖变位酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(3)(3)尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖的生成的生成 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 UTPUTP尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)PPiPPiU

32、DPG焦磷酸化酶H2O2Pi*UDPGUDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”，在体内充作葡萄，在体内充作葡萄糖供体。糖供体。(4)UDPG(4)UDPG中的葡萄糖连接到中的葡萄糖连接到糖原引物糖原引物上上 尿苷二磷酸葡尿苷二磷酸葡 萄糖萄糖(UDPG)糖原引物糖原引物(Gn)糖原合酶糖原合酶糖原糖原(Gn+1n+1)UDP糖原糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，为原有的细胞内的较小糖原分子，称为称为糖原引物糖原引物(primer)，作为作为UDPG 上葡萄糖上葡萄糖基的接受体。基的接受体。糖原糖原n+UDPG糖原糖原n+1+UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase)

33、近近来来人人们们在在糖糖原原分分子子的的核核心心发发现现了了一一种种名名为为glycogenin(蛋蛋白白-酪酪氨氨酸酸-葡葡糖糖基基转转移移酶酶)的的蛋蛋白白质质。Glycogenin可可对对其其自自身身进进行行共共价价修修饰饰，将将UDP-葡葡萄萄糖糖分分子子的的C1结结合合到到其其酶酶分分子子的的酪酪氨氨酸酸残残基基上上，从从而而使使它它糖糖基基化化。这这个个结结合合上上去去的的葡葡萄萄糖糖分分子子即即成为糖原合成时的引物。成为糖原合成时的引物。糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？糖原合酶的作用机制糖原合酶的作用机制(5)(5)

34、分支酶催化糖原不断形成新分支链分支酶催化糖原不断形成新分支链 糖原引物糖原引物糖原合酶糖原合酶分枝酶分枝酶糖原合成的限速酶糖原合成的限速酶 n当当直直链链长长度度达达1212个个葡葡萄萄糖糖残残基基以以上上时时，在在分分支支酶酶(branching(branching enzyme)enzyme)的的催催化化下下，将将距距末末端端6767个个葡葡萄萄糖糖残残基基组组成成的的寡寡糖糖链链由由-1,4-1,4-糖糖苷苷键键转转变变为为-1,6-1,6-糖糖苷苷键键，使糖原出现分支。使糖原出现分支。糖原合成图糖原合成图 葡萄糖葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原(14和和16葡萄糖连接葡萄糖连接)

35、6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPATPADPADPUDPGUDPGUTPUTPPPiPPi糖原糖原(14葡萄糖连接葡萄糖连接)糖原引物糖原引物 UDPUDP 小结小结*限速酶：糖原合酶限速酶：糖原合酶*G的供体：的供体：UDPG*增加一个增加一个G单位，单位，消耗消耗2分子分子ATP（二）糖原合成的特点：（二）糖原合成的特点：n 1 1必须以原有糖原分子作为必须以原有糖原分子作为引物引物；n 2 2合成反应在糖原的合成反应在糖原的非还原端非还原端进行；进行；n 3 3合成为一合成为一耗能耗能过程，每增加一个葡萄过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗糖残基，需消耗2 2个高能磷酸键个高能磷酸键 n 4

36、 4其其关键酶关键酶是是糖原合酶糖原合酶。n 5 5需需UTPUTP参与参与（以（以UDPUDP为载体）。为载体）。二、肝糖原分解产物二、肝糖原分解产物葡萄糖可补葡萄糖可补充血糖充血糖n亚细胞定位：亚细胞定位：胞浆胞浆糖原分解糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。解成为葡萄糖的过程。n产物：葡萄糖产物：葡萄糖n肝糖元的分解过程：肝糖元的分解过程：(1)(1)(1)(1)糖原磷酸解为糖原磷酸解为糖原磷酸解为糖原磷酸解为1-1-1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸化酶磷酸化酶 糖糖原原分分解解的的限限速速酶酶糖糖 原原G Gn

37、 n 糖糖 原原G Gn-1n-1H H3 3POPO4 4 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G Gn+1 n+1+H+H3 3POPO4 4 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+G Gn n2.2.脱枝酶的作用脱枝酶的作用转移葡萄糖残基转移葡萄糖残基水解水解-1,6-糖苷键糖苷键脱枝酶脱枝酶 (debranching enzyme)磷酸化酶磷酸化酶转移酶活性转移酶活性 -1,6糖糖苷酶活性苷酶活性在在几几个个酶酶的的共共同同作作用用下下，最最终终产产物物中中约约85%为为1-磷磷酸葡萄糖，酸葡萄糖，15%为游离葡萄糖。为游离葡萄糖。脱脱枝枝酶酶的的作作用用 G G G-1-PG-1-PPiPi 脱枝酶脱枝酶具

38、有具有:-1,4-葡聚糖转移酶葡聚糖转移酶-1,6-葡萄糖苷酶的双葡萄糖苷酶的双重作用重作用脱枝酶脱枝酶脱枝酶脱枝酶(3)1-(3)1-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 （4）6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖葡葡萄萄糖糖-6-磷磷酸酸酶酶只只存存在在于于肝肝、肾肾中中，而而不不存存在在于于肌肌中中。所所以以只只有有肝肝和和肾肾可可补补充充血血糖糖；而而肌肌糖糖原原不不能能分解成葡萄糖，只能进行分解成葡萄糖，只能进行

39、糖酵解糖酵解或或有氧氧化有氧氧化。葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 H H3 3POPO4 4H H2 2O O 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 （肝）（肝）葡萄糖与葡萄糖与6-6-磷酸葡萄糖的相互转换磷酸葡萄糖的相互转换葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 ATP ADP糖的分解代谢糖的分解代谢已糖激酶已糖激酶 H3PO4 H2O 糖原的分解糖原的分解 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶肝肝 n肌糖原肌糖原的分解的分解肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中肉组织中

40、不存在葡萄糖不存在葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶，所以生成，所以生成的的6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与肌糖原的分解与合成与乳酸循环乳酸循环有关。有关。（分解代谢）（分解代谢）GnG-6-PG-6-P的代谢去路：的代谢去路：G-6-P 6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸内酯内酯（磷酸戊糖途径）（磷酸戊糖途径）G-1-PGnUDPG（糖原合成）（糖原合成）（糖原分解）（糖原分解）乳酸乳酸（无氧酵解）（无氧酵解）CO2+H2O（有氧氧化）（有氧氧化）（补充血糖）（

41、补充血糖）（糖异生）（糖异生）F-6-P丙酮酸丙酮酸（酵解途径）（酵解途径）葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）（进入葡萄糖醛酸途径）n反应部位：反应部位：胞浆胞浆 小结小结n糖原的合成与分解总图糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶糖原合酶 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi 磷酸化酶磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝）磷酸酶（肝）糖原糖原n 糖糖原原的的合合成成与与分分解解是是分分别别通通过过两两条条不不同同途途径径进进行行的的。这这

42、种种合合成成与与分分解解循循两两条条不不同同途途径径进进行行的的现现象象，是是生生物物体体内内的的普普遍遍规规律律。这样才能进行精细的调节。这样才能进行精细的调节。当当糖糖原原合合成成途途径径活活跃跃时时，分分解解途途径径则则被被抑抑制，才能有效地合成糖原；反之亦然。制，才能有效地合成糖原；反之亦然。三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节关键酶关键酶 糖原合成：糖原合成：糖原合酶糖原合酶 糖原分解：糖原分解：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶它们的快速调节有它们的快速调节有共价修饰共价修饰和和变构调节变构调节二二种方式。种方式。它们都以活性、无（低）活性二种形式存它们都

43、以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。化而相互转变。n这两种关键酶的重要特点：这两种关键酶的重要特点：（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶磷酸化酶磷酸化酶b 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1磷酸化酶磷酸化酶a P磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 P磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1依赖依赖cAMP的的蛋白激酶蛋白激酶有活性有活性无活性无活性n依赖依赖cAMP的蛋白激酶（的蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase,简称蛋白激酶简称蛋白激酶A），

44、其活性受），其活性受cAMP调节。调节。n这种通过一系列酶促反应将激素信号放大的连锁这种通过一系列酶促反应将激素信号放大的连锁反应称为级联放大系统（反应称为级联放大系统（cascade system），与），与酶含量调节相比（一般以几小时或天计），反应酶含量调节相比（一般以几小时或天计），反应快，效率高。其意义有二：一是放大效应；二是快，效率高。其意义有二：一是放大效应；二是级联中各级反应都存在有可以被调节的方式。级联中各级反应都存在有可以被调节的方式。磷磷酸酸化化酶酶二二种种构构像像紧紧密密型型(T)和和疏疏松松型型(R)，其其中中T型型的的14位位Ser暴暴露露，便便于于接接受受磷磷蛋白磷

45、酸酶蛋白磷酸酶-1-1的共价修饰调节。的共价修饰调节。葡萄糖葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。是磷酸化酶的别构抑制剂。磷酸化酶磷酸化酶 a(R)疏松型疏松型磷酸化酶磷酸化酶 a (T)紧密型紧密型葡萄糖葡萄糖n糖原磷酸化酶的糖原磷酸化酶的变构调节变构调节（二）糖原合酶是糖原合成的关键酶（二）糖原合酶是糖原合成的关键酶糖原合酶糖原合酶a 糖原合酶糖原合酶b P磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1依赖依赖cAMP的的蛋白激酶蛋白激酶糖原合酶糖原合酶a a有活性，磷酸化成糖原合酶有活性，磷酸化成糖原合酶b b后即失去活性。后即失去活性。有有活活性性无无活活性性腺苷环化酶腺苷环化酶（无活性）（无活性）腺苷环化酶（

46、有活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体受体ATPcAMP PKA(无活性无活性)磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P PKA(有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶b磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-PPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1PiPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂-P磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂PKA（有活性）（有活性）n肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同：肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同：在在糖原

47、分解代谢时肝主要受糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素胰高血糖素的调节，的调节，而肌肉主要受而肌肉主要受肾上腺素肾上腺素调节。调节。肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物变构效应物主要为主要为AMP、ATP及及6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖。糖原合酶糖原合酶磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶bAMPATP及及6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。的升高可引起肌糖原分解增加。n调节小结调节小结:双向调控：双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。调节，如加强合成则减弱分解，或反之。双重调节：双重调

48、节：别构调节和共价修饰调节。别构调节和共价修饰调节。肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：如：分解肝糖原的激素主要为如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素胰高血糖素 分解肌糖原的激素主要为分解肌糖原的激素主要为肾上腺素肾上腺素。关键酶调节上存在关键酶调节上存在级联效应级联效应。关键酶都以关键酶都以活性、无（低）活性二种形式活性、无（低）活性二种形式存存在，二种形式之间可通过在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化磷酸化和去磷酸化而相互转变。而相互转变。四、糖原积累症四、糖原积累症是由先天性酶缺陷所致是由先天性酶缺陷所致糖原累积症糖原累积症(glycogen storage

49、 diseases)是一是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有中有大量糖原堆积大量糖原堆积。引起糖原累积症的。引起糖原累积症的原因原因是是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。型别型别缺陷的酶缺陷的酶受害器官受害器官糖原结构糖原结构葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶缺陷磷酸酶缺陷肝、肾肝、肾正常正常溶酶体溶酶体1414和和1616葡萄糖葡萄糖苷酶苷酶所有组织所有组织正常正常脱支酶缺失脱支酶缺失肝、肌肉肝、肌肉分支多，外周糖分支多，外周糖链短链短分支酶缺失分支酶缺失所有组织所有组织分支少，外周糖分支少，外周糖链特别长链

50、特别长肌磷酸化酶缺失肌磷酸化酶缺失肌肉肌肉正常正常肝磷酸化酶缺陷肝磷酸化酶缺陷肝肝正常正常肌肉和红细胞磷酸果糖激酶肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷缺陷肌肉、红细肌肉、红细胞胞正常正常肝脏磷酸化酶激酶缺陷肝脏磷酸化酶激酶缺陷脑、肝脑、肝正常正常糖原积累症分型糖原积累症分型 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶缺陷磷酸酶缺陷糖原储积症糖原储积症型：型：一岁前后起病。矮小，进一岁前后起病。矮小，进行性肝和脾肿大，腹部明显突出。行性肝和脾肿大，腹部明显突出。严重低血糖，惊厥。乳酸性酸中严重低血糖，惊厥。乳酸性酸中毒。毒。主要由于糖原结构异常或主要由于糖原结构异常或糖原在组织细胞内堆积过多而糖原在组织细胞内堆积过多而引